帶電設備狀態(tài)檢測旨在基于一定的檢測與診斷方法，通過有效掌握設備狀態(tài)來確保設備經濟、安全可靠的運行。而發(fā)電廠傳統(tǒng)的電力設備維護都是采取定檢方式，這大大增加了發(fā)電企業(yè)的成本。電力設備故障往往以設備相關部位的溫度或熱狀態(tài)變化表現出來，在設備不停電的情況下，借助紅外檢測技術可及時找出設備發(fā)熱的異常位置，為設備故障消缺提供指導。

較傳統(tǒng)定檢方式，紅外檢測可不停電，對設備無損害，并且可掌握設備的熱狀態(tài)變化，合理安排檢修時間。這種檢測技術在預防電力設備突發(fā)性故障、保障電網系統(tǒng)安全可靠運行等方面發(fā)揮著重要作用。

紅外檢測技術借助紅外檢測理論的發(fā)展，在電力系統(tǒng)檢測中有著愈來愈高的地位。目前，紅外檢測技術促進了發(fā)電企業(yè)從計劃檢修向狀態(tài)檢修的過渡，應用紅外熱像儀對運行設備的狀態(tài)進行跟蹤與分析，可有效發(fā)現設備的缺陷發(fā)展程度與熱狀態(tài)變化，為電力設備狀態(tài)分析提供了可靠的科學依據。

1 紅外檢測技術理論基礎（略）

1.1 紅外輻射基本理論

鑒于實際情況較為復雜，在科研中一般從簡單的黑體模型來研究物體的輻射規(guī)律。黑體的輻射系數與吸收系數均為1，但實際中物體的這兩個系數并不等于1，因而黑體是一種理想模型，該模型可被用于輻射規(guī)律的理論研究，隨著紅外技術應用范圍越來越廣，對紅外輻射的相關理論研究顯得尤為重要。

黑體輻射規(guī)律體現了物體發(fā)射紅外電磁波波長與溫度的定量關系。普朗克黑體輻射定律描述了輻射波波長隨溫度的變化規(guī)律，該規(guī)律是紅外測溫技術研究領域的理論基礎。

1.2 紅外測溫原理

紅外測溫由所測量設備表面的溫度來判斷設備正常與否的狀態(tài)，是采用紅外探測技術獲取設備基本的紅外狀態(tài)信息并進行顯示的技術。紅外光的波長為0.76～1000mm，任何溫度大于-273℃的物體都會發(fā)出紅外光，屬于不可見光的范圍。紅外測溫熱像原理如圖1所示。物體的輻射功率會隨著溫度的微小變化而發(fā)生巨大變化。

圖1 紅外測溫熱像原理圖

1.3 紅外檢測技術特點與影響因素

紅外檢測是基于紅外輻射原理，通過掃描、觀察或記錄被檢測工件表面由于缺陷或內部結構不連續(xù)所引起的熱量，向深層傳遞的差別而導致表面溫度場發(fā)生變化，從而實現對工件表面或內部結構的無損檢測。

利用紅外圖像對設備表面溫度場進行測定與評估對象設備狀態(tài)的紅外熱像檢測技術，與傳統(tǒng)離線檢測和預防性試驗相比有如下特點，見表1。

表1 紅外熱像檢測技術特點

由于具備上述獨特優(yōu)勢，紅外熱像檢測現已被公認為最具前途的無損檢測技術之一，在社會各領域應用廣泛，產生的社會經濟效益顯著。

紅外檢測技術通過測量輻射能來計算物體表面的溫度，因而其測量精度受被測設備背景輻射、表面發(fā)射率、大氣衰減、環(huán)境溫度、空氣中的塵埃和測量距離等因素的影響。

2 帶電設備紅外檢測與故障診斷

帶電設備的正常運行與故障發(fā)生均與發(fā)熱溫升有著密切聯(lián)系。使設備發(fā)熱的原因有很多，例如：①介質發(fā)熱；②接觸電阻發(fā)熱；③泄漏電流和電壓分布不均勻發(fā)熱；④缺油；⑤漏磁或渦流發(fā)熱。

2.1 帶電設備熱故障的類型

從紅外診斷的角度，可將電力設備故障分為內部故障和外部故障。

1）內部故障。主要因設備內部的絕緣介質劣化和電氣回路老化或故障所導致。這類故障出現在電氣設備內部，反映在設備外表的溫升很小，一般只有幾開爾文。內部故障的特點是，溫升小，故障比例相對較小，對紅外檢測設備要求高，危害大。

2）外部故障。主要是指某些連接件、觸頭或接頭因連接不良造成接觸電阻增大，導致該部位的電阻損耗升高，從而產生局部過熱。外部故障如不能及時處理，則易快速劣化，造成損失和事故。該外部故障類型具有易用紅外熱像儀發(fā)現且局部溫升高的特點。

2.2 帶電設備熱故障的危害

電力系統(tǒng)溫升可使設備機械性能降低、設備絕緣性能下降以及導體連接部位發(fā)生故障。電力設備熱故障造成的影響主要有以下幾方面。

1）機械性能降低

電力設備材料的機械性能會隨設備的發(fā)熱溫升而降低。如果處在高溫環(huán)境和工況下的帶電設備散熱性能欠佳，設備的機械性能就會由于高溫出現熱氧化現象而明顯下降，甚至劣化為設備機械部件彎曲變形，進而引發(fā)各種不可預知的故障。

因此，對電力設備的發(fā)熱問題必須足夠重視，將溫升控制在允許范圍之內，以確保設備帶電時的運行安全。

2）絕緣性能劣化

電力設備的耐熱性直接影響設備的絕緣性能。其耐熱性能以設備正常運行的溫升上限為衡量基準，這將直接決定設備中導體部分允許通過的最大電流，并以此確保系統(tǒng)各帶電設備穩(wěn)定和安全運行。

3）金屬連接部件故障

溫升會在設備的金屬連接部件表面產生一層氧化膜，使得連接部位的接觸電阻迅速變大，進而導致發(fā)熱問題進一步惡化。發(fā)熱溫度在達到設備金屬部件導體的熔點后，輕則引起設備金屬連接部件熔化，重則引發(fā)火災等事故。

3 帶電設備故障紅外檢測規(guī)范

3.1 熱故障的紅外診斷判據

紅外檢測技術對電力設備進行檢測的方法有兩種，分別是主動式檢測和被動式檢測。通常對電力設備的檢測都屬于被動式檢測的范疇。

針對電力設備各種損耗發(fā)熱的情況，結合DL/T 664—2016《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》，對電力設備紅外成像診斷方法和分析進行介紹。

1）表面溫度判斷法

表面溫度判斷法在電磁設備鐵損或電流熱效應引發(fā)溫升的情況下比較適用。但該方法缺乏對設備故障缺陷的預見性，只能判斷檢測當時運行工況下的設備缺陷或故障。

該方法有較強的適用性、直觀明了，但更傾向于應用在設備負荷較大或發(fā)熱較明顯的情況，因而在帶電設備外部或表面存在發(fā)熱故障時效果顯著。若由表面溫度判斷法檢測到設備發(fā)熱嚴重，且溫升超過設備允許的溫度上限時，則需盡快安排專業(yè)人員對設備進行停電檢修消缺。

2）同類比較判斷法

同類比較判斷法用于同樣環(huán)境下同型號電力設備在相同工況時對比，通過比較同型號設備在相同位置相同工況下的溫升狀況，從縱向與橫向兩個方向比較，以判斷此類設備是否正常運行。

同類比較判斷法適用于電壓致熱設備和電流致熱設備。測試經驗證明，在同類電壓致熱型溫升允許范圍內的判斷效果顯著。

3）熱像圖特征判斷法

熱像圖特征判斷法對于電壓致熱型設備比較適用，可依據非正常狀態(tài)與正常狀態(tài)下的熱像圖[15-16]，在排除各種因素干擾的情況下來分析某設備在不同狀況下的熱像圖，進而判斷該設備運行狀態(tài)是否正常。

4）相對溫差判斷法（略）

為排除電力設備運行工況差異的影響提出了相對溫差判斷法。當環(huán)境溫度較低且設備的溫度未超過相關標準規(guī)定時，對設備潛在的缺陷難以察覺，而負荷增長或環(huán)境溫度上升很可能引發(fā)設備故障。經驗表明，若電力設備已存在缺陷或故障，則環(huán)境溫升較大時將直接威脅系統(tǒng)運行的安全，甚至造成設備故障與安全事故。

該判斷方法通過檢測同型號和同工況電力設備之間的溫差來實現。若通過相對溫差判斷法判定◆t＞35%時，則應盡快安排相關技術人員對設備進行停電檢修。

5）檔案分析判斷法

歷史檔案分析判斷法是通過對比設備的歷史檢測數據進行判斷。該方法對較為重要或者結構比較復雜的電力設備有良好的判斷能力。分析同一設備不同時期的溫度場分布，找出設備致熱參數的變化，判斷設備是否正常。

在輔助其他檢測判斷方法，該方法能夠及時發(fā)現設備運行缺陷，排除故障隱患，通過設備在各時間段溫度場分布下的發(fā)熱參數變化情況，來判斷設備狀態(tài)是否正常。與此同時，結合其他判斷方法，可更準確發(fā)現設備存在的故障或缺陷，及時進行消缺。可利用該判斷方法對大量歷史狀態(tài)數據進行比較分析，在解決存在隱患的細微故障方面效果顯著。

檔案分析判斷法需基于大量歷史數據建立數據庫，以此按規(guī)范對歷史數據進行記錄和歸納分析，奠定未來設備維護的工作基礎。

6）實時分析判斷法

實時分析判斷法的實時性較好。該方法借助紅外熱像儀在時間尺度上觀察設備隨負載變化時的溫升情況，當檢測發(fā)現某臺設備有發(fā)熱缺陷時，可采用本方法進行連續(xù)監(jiān)測；當發(fā)現缺陷有劣化時，應采取相應的措施進行消缺。

3.2 電力設備熱故障等級分類和判斷標準

1）熱故障缺陷等級分類

標準DL/T 664—2016《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》規(guī)定，可根據電力設備熱故障缺陷的嚴重程度，將熱故障缺陷從一般熱故障、重大熱故障和緊急熱故障幾方面進行劃分。

（1）一般熱故障

一般熱故障的電力設備有一定的溫升，但還能帶電運行一段時間，屬于非特別緊急熱故障。值班工作人員需記錄溫升狀態(tài)的變化，若溫度繼續(xù)上行，則需趁定檢之際安排技術人員對故障進行消缺。

（2）重大熱故障

重大熱故障較一般熱故障設備表面有著較大的溫度分布梯度，溫升明顯偏高。盡管系統(tǒng)可以在故障情況下短時間運行，但需及時安排技術人員進行消缺，以防故障惡化為事故。

（3）緊急熱故障

當電力設備的溫度超過允許的溫度上限時，表明處于緊急熱故障狀態(tài)，為避免事故發(fā)生應立即安排專業(yè)人員進行停電檢修。檢修時務必要做好安全防護措施，防止出現人員傷亡的情況。

每個等級的熱故障缺陷都有對應的溫度范圍與限值。外部熱故障的溫升限值遠比同等級內部熱故障的高，應按設備缺陷管理流程對設備熱故障缺陷的溫度范圍進行規(guī)范管理。

2）熱故障缺陷等級判斷標準

根據DL/T 664—2016《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》得到的部分電力設備熱缺陷判斷標準見表2。

表2 部分電力設備熱缺陷判斷標準

4 華東某電廠穿墻套管紅外檢測案例

需要注意的是，在實際紅外檢測工作中應有效結合上述6種判斷方法中的兩種或多種進行分析，以達到更好的檢測判斷效果。下面通過現場案例來分析電力設備紅外檢測方法與故障診斷的應用。

2017年7月18日，在華東某電廠外銀2165出線穿墻套管的紅外檢測試驗中，測得三相穿墻套管最高熱點溫度如圖2所示。檢測結果見表3。

表3 穿墻套管最高熱點溫度（環(huán)境溫度：30℃）

圖2 檢修前ABC三相穿墻套管最高熱點溫度

在確保三相電流平衡的情況下，外銀2165線穿墻套管C相接頭線夾處最高熱點溫度達69.2℃，相間溫差為21.5℃，A相與B相接頭線夾的平均溫度TAB=(56.5+47.7)/2=52.1℃，即正常點的溫度T2= 52.1℃，環(huán)境溫度T0=30℃，發(fā)熱點溫度T1=69.2℃。根據標準DL/T 664—2016《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》中相對溫差判斷法有δ=(69.2◆52.1)/(69.2◆30) 100%=43.6%

根據表面溫度判斷法和相對溫差判斷法，可判定35%＜δ＜80%，屬于一般缺陷，可知C相穿墻套管接頭線夾存在劣化問題。提交紅外診斷結果至電廠單位，經電廠相關技術人員對該穿墻套管進行檢修消缺處理。

于2018年4月11日對該穿墻套管進行紅外檢測復查。如圖3所示。檢測結果見表4。

表4 穿墻套管最高熱點溫度（環(huán)境溫度：30.5℃）

圖3 檢修后ABC三相穿墻套管最高熱點溫度

根據前后兩次紅外檢測對比可知，經電廠相關技術人員檢修消缺后，C相穿墻套管溫度從69.2℃降至31.1℃，恢復正常狀態(tài)，阻止了該故障進一步惡化為更為嚴重的故障與事故，避免了電廠單位因此造成更大的經濟損失。

5 結論

實踐證明，紅外檢測技術可有效檢測并診斷帶電設備的故障狀態(tài)，為電力設備的狀態(tài)檢修提供有效支撐。應用此技術可減小帶電設備事故的發(fā)生，降低發(fā)電企業(yè)的經濟損失，從而間接提高了經濟效益。

盡管紅外檢測技術得到了廣泛應用，但大體依然停留在定性分析水平上。首先，在目前對實際問題缺乏解析解的情況下，可將紅外檢測技術與帶電檢測技術相結合，從而更準確判斷設備運行狀況與故障缺陷，使帶電電力設備的檢修更加高效。此外，未來將進一步關注紅外檢測技術在定量分析方面的動態(tài)，并致力于開展其在定量分析方面的研究工作。